Cientistas da Universidade da Califórnia, Berkeley, e do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) desenvolveram uma técnica para cultivar seletivamente nanotubos de carbono com estruturas atômicas específicas conhecidas como quiralidades. Esta descoberta, descrita num estudo publicado na revista Nature, avança o controlo e a compreensão das propriedades dos nanotubos, o que é crucial para as suas aplicações práticas em nanoeletrónica, óptica e tecnologias energéticas.

Nanotubos de carbono são estruturas cilíndricas feitas de átomos de carbono dispostos em uma rede hexagonal. Devido às suas propriedades únicas, incluindo alta condutividade elétrica e térmica, resistência mecânica e estabilidade química, os nanotubos têm atraído interesse significativo de pesquisa para diversas aplicações potenciais.

No entanto, a realização destas aplicações depende do controle preciso da estrutura atômica dos nanotubos, principalmente das quiralidades. Quiralidade refere-se à forma como os átomos de carbono se torcem à medida que se enrolam para formar um tubo e influencia as propriedades eletrônicas e ópticas do nanotubo. Os pesquisadores já observaram mais de 170 quiralidades diferentes, mas controlar o crescimento de algumas específicas tem sido um desafio.

Para enfrentar esse desafio, a equipe do Berkeley Lab desenvolveu uma técnica de crescimento chamada "deposição de vapor químico em fluido supercrítico com alimentação contínua de solução". Este método envolve a introdução contínua de uma solução precursora em um reator de deposição química de vapor (CVD) sob condições supercríticas – alta temperatura e pressão que fazem a solução se comportar como um gás.

A alimentação contínua do precursor garante um fornecimento consistente de átomos de carbono, enquanto as condições supercríticas promovem o crescimento uniforme dos nanotubos.

Usando esta técnica, os pesquisadores cultivaram seletivamente nanotubos de carbono de quiralidade única com diâmetros e comprimentos controlados. Eles demonstraram sua abordagem cultivando nanotubos com cinco quiralidades diferentes, demonstrando a versatilidade de seu método. A seletividade de crescimento foi possível através do ajuste fino da composição do precursor e das condições de crescimento.

Segundo o estudo, o crescimento seletivo de nanotubos de carbono abre novas possibilidades para estudos fundamentais das relações estrutura-propriedade e para otimizar o desempenho dos nanotubos em aplicações específicas. Por exemplo, quiralidades específicas são promissoras para dispositivos eletrônicos, optoeletrônica e transistores de efeito de campo. Os nanotubos de carbono também podem servir de base para nanocompósitos com propriedades mecânicas e elétricas personalizadas.

Ao dominar a capacidade de sintetizar nanotubos com estruturas atômicas específicas, os pesquisadores fornecem um passo significativo para desbloquear o potencial dessas maravilhas nanométricas para aplicações tecnológicas avançadas.